Elektros srovė - kryptingas elektros krūvių judėjimas. Dar kitaip įvardijamas kaip, kryptingas laisvųjų elektringųjų dalelių judėjimas. Elektros srovė grandine teka iš teigiamojo elemento poliaus neigiamojo link. Ją nešančios dalelės juda šia kryptimi jei jų elektros krūvis teigiamas. Metaluose srovę perduoda neigiamą krūvį turintys elektronai kurie juda priešinga kryptimi.
Svarbiausia elektros srovės charakteristika yra elektros srovės stipris (elektrotechnikoje vadinamas tiesiog srove). Elektros srovės stiprio SI vienetas - amperas. 1 A=1 C s-1.
Elektros srovės tankis - skaliarinis dydis, lygus elektros krūviui, kuris praeina pro laidininko skerspjūvio plotą per laiko vienetą. Srovės tankis - tai elektros srovė, tenkanti vienetiniam laidininko plotui.
Elektros srovės pasiskirstymą laidininko skerspjūvyje apibūdina elektros srovės tankio vektorius J, kurio kryptis sutampa su elektros srovės kryptimi, o skaitinė vertė J = dI/dS; čia dI - elektros srovė pro srovei statmeno paviršiaus plotą dS.
Momentinis srovės stipris - laidininko skerspjūviu pratekančio krūvio išvestinė laiko atžvilgiu. Srovę galima paskaičiuoti pagal formulę:
\(I = \frac{dq}{dt}\),
čia dq -mažas krūvio pokytis, dt - laiko pokytis (laikant abu pokyčius pakankamai mažais kad krūvį q būtų galima laikyti pastoviu).
Elektros srovė - kryptinis krūvininkų judėjimas. Pagal judėjimą sukeliančias priežastis skiriama: laidumo srovė (krūvininkų judėjimą sukelia elektrinis laukas), konvekcinė srovė (sukelia neelektrinės jėgos), slinkties srovė (ją sukelia elektrinio srauto tankio kitimas nelaidžioje terpėje). Jei metale ar elektrolite sužadinamas elektrinis laukas, jis veikia tos medžiagos krūvininkus ir jie ima kryptingai judėti - atsiranda elektros srovė. Teigiamieji krūvininkai juda lauko kryptimi, neigiamieji - prieš lauko kryptį. Elektros srovės kryptis sutampa su teigiamųjų krūvininkų judėjimo kryptimi.
Tačiau srovė apibrėžiama ne kaip krūvio kitimas, o per magnetizmą. Sąlyginai nurodę atskirose grandinės dalyse srovės kryptį, pasirenkama teigiama kontūro apėjimo kryptis, t. y. srovės ir elektrovaros ta kryptimi teigiamos.
Elektros srovės tankis - skaliarinis dydis, lygus elektros krūviui, kuris praeina pro laidininko skerspjūvio plotą per laiko vienetą.
\(J = \frac{I}{S}\), kur yra laidininko skerspjūvio plotas.
Elektros srovės klausimas yra gana sudėtingas ir reikalauja įsigilinti į fizinį reiškinį, kuris yra teigiamų ir neigiamų krūvių srautas bei elektromagnetinių dalelių tarpusavio sąveika. Nors iš pirmo žvilgsnio tai atrodo sudėtinga, iš tikrųjų tai yra labai logiška ir lengvai suprantama (bent jau pagrindiniu mastu, kuris susijęs su įprastais elektros srovės vartotojais). Paprasčiausiai tariant, krūvis yra tam tikra savybė, apibūdinanti mus supančią materiją. Skiriame teigiamus ir neigiamus krūvius. Fizikos dėsnis mums sako, kad du vienodi krūviai atstumia vienas kitą, o skirtingi krūviai siekia susidurti. Taigi, kai teigiamą krūvį turinti materija susiduria su neigiamais atitikmenimis, sukuriamas judėjimas, kuris juos pritraukia vienas prie kito. Priešingai bus dviem teigiamiems arba neigiamiems krūviams - jie atstums vienas kitą. Čia mes priartėjame prie esmės - elektros srovė yra niekas kitas, kaip tvarkingas aukščiau minėtų krūvių judėjimas.
Medžiaga, leidžianti krūviams judėti, yra laidininkas. Trumpai tariant, tai yra kūnas, užpildytas neigiamais elektros krūviais, kurie tik laukia, kol tam tikras potencialų skirtumas tarp dviejų šio kūno galų sukels judėjimą nuo mažesnio iki didesnio potencialo. Geriausi laidininkai, plačiai naudojami elektros krūviams perduoti, yra metalai, o kaip laidumo etalonas laikoma varis.
Srovė, kurią kasdien naudojame namuose ar darbe, visada tiekiama tuo pačiu būdu. Vienintelis kelias yra elektros kabeliai. Varinė viela arba lynas yra apgaubti izoliacija, apsaugančia nuo tiesioginio prisilietimo, kuris galėtų sukelti įtampą žmogaus kūne ir jį sužaloti.
Norint šiek tiek geriau įsivaizduoti, kas iš tikrųjų yra išvardyti elementai, elektros srovės tekėjimas bus palygintas su paprasto vandens tekėjimu. Įsivaizduokime, kad vamzdyje tekantis vanduo yra tekanti srovė. Srovės stipris yra analogija skysčio tekėjimo greičiui. Kuo didesnis srovės stipris, tuo greičiau vanduo teka vamzdžio viduje. Įtampa yra slėgis, kuriuo vanduo įveikia savo kelią. Paskutinis dėlionės elementas yra varža. Galime ją traktuoti kaip pasipriešinimą, kurį sienelės suteikia norinčiam prasiskverbti skysčiui.
Verta paminėti, kad srovės stipris ir įtampa yra glaudžiai susijusios sąvokos. Didėjant ar mažėjant įtampai, taip pat reaguoja srovės stipris. Nors ne visada tiksliai tokiu pačiu tempu, abi vertės seka viena kitą kiekvienoje situacijoje.
Pagrindinis skirtumas, kuris vienareikšmiškai lemia elektros srovės tipą, yra tekėjimo kryptis. Nuolatinė srovė juda viena, griežtai nustatyta kryptimi, tuo tarpu kintamos srovės tekėjimo kryptis nuolat keičiasi. Šiuo atveju verta prisiminti dar vieną plačiai naudojamą terminą, kuris apibūdina konkretų kintamos srovės tipą. Tai yra kintamoji srovė. Šis pavadinimas reiškia srovę, kuri keičia savo kryptį griežtai nustatyta tvarka. Šių pokyčių skaičius laike yra dažnis. Lizduose, esančiuose visuose pastatuose Europoje, pavyzdžiui, rasime 50Hz dažnį, tai yra srovės tekėjimo kryptis keičiasi penkiasdešimt kartų per vieną sekundę.
Abu srovės tipai turi ypatingų savybių, kurios lemia vieno ar kito sprendimo naudojimą. Tiek nuolatinė, tiek kintamoji srovė turi tam tikrų privalumų. Nuolatinės srovės smūgis gali sukelti nudegimus, tačiau nesukelia labai pavojingo reiškinio, kaip širdies skilvelių virpėjimas. Nuolatinė srovė tinka saugojimui, todėl ji naudojama visų tipų baterijose, akumuliatoriuose ar energijos saugyklose, bet taip pat ir įkrovikliuose, nešiojamųjų kompiuterių maitinimo šaltiniuose ar mobiliuosiuose telefonuose. Nuolatinė srovė yra idealus sprendimas elektriniams varikliams, kurie reikalauja rotoriaus greičio reguliavimo. Platus elektroninių prietaisų asortimentas reikalauja nuolatinės srovės naudojimo. Kitas nuolatinės srovės privalumas yra palyginti mažos energijos perdavimo nuostoliai dideliais atstumais.
Kintamoji srovė turi tam tikrą lankstumą, kurio trūksta nuolatinės srovės atveju. Paprasto transformatoriaus naudojimas leidžia pakeisti įtampą į tinkamą konkrečiai instaliacijai ar prietaisui. Atsižvelgiant į aukščiau pateiktą punktą ir įtampos transformacijos galimybę kintamosios srovės atveju, reikia pastebėti, kad kuo didesnė įtampa srovės paskirstymo metu, tuo mažesni nuostoliai tikėtini.
Nuolatinė srovė
Žmogaus organizmui pavojinga srovė virš 50mA. Yra atveju, kai miršta nuo mažesnės srovės, o kitas išgyvena nuo žymiai didesnės srovės. Kuo didesnė įtampa, tuo mažesnės srovės reikia "nusipurtymui" ir atvirkščiai, kuo mažesnė įtampa, tuo daugiau reikia srovės. Kadangi mūsų kūno varža riboja galinčios pratekėti srovės dydį, tai žema įtampa, apie 30 V (ne visiems) yra nebepavojinga. Ir, kadangi stipri srovė kūnu tekėti negali, yra priimta, kad pavojinga įtampa. Nepavojinga įtampa iki 42V.
Nuo įtampos priklauso tekanti srovė ir poveikio dydis. 220V srovės poveikį pajusi tik prisilietęs, 10000V prisiliesti nereikia - per atstumą šoka el lankas ir apdegimas plius el poveikis. Dar elektros poveikio pavojingumas priklauso nuo jo trukmės.
Pavojingiausias dažnis yra 32 Hz, Amerikos 60 Hz yra mažiau pavojingas už mūsų 50 Hz. 20kHZ dažnio srovė degina.
Srovės stiprio matavimas
Amperas - srovės stiprio vienetu laikoma tokio stiprio srovė, kuriai tekant ašiniais laidais vieno laido kiekvienas metras veikia kito laido kiekvieną metrą 0,0000002N jėga. Srovės stiprio matavimo vienetas pavadintas prancūzų mokslininko Andrė Mari Ampero garbei. Jis pirmasis pavartojo elektros srovės sąvoką.
Voltas - pagerbiant italų mokslininką Aleksandrą Voltą įtampos matavimo vienetas 1 J/C buvo pavadintas voltu. Voltas sutrumpintai žymimas raide V.
Aleksandras Volta
Rezistorių jungimo schemos
Visų pirma, būtina nustatyti, kaip yra sujungti rezistoriai grandinėje. Rezistoriai \(R_2\), \(R_4\), \(R_5\) yra sujungti grandinėje nuosekliai, todėl jų varža yra \(R_{245}=R_{2}+R_{4}+R_{5}=30\;\Omega\) . Rezistorius \(R_3\) yra sujungtas lygiagrečiai su \(R_{245}\), todėl \(R_{2345}=\frac{R_{3}R_{245}}{R_{3}+R_{245}}=12\;\Omega\) . Rezistoriai \(R_1\) ir \(R_6\) yra sujungti nuosekliai su \(R_{2345}\) ir, tokiu atveju, pilnutinė grandinės varža yra \(R=R_{1}+R_{6}+R_{2345}=18\;\Omega\).
Pilnutinis grandinės elektros srovės stipriui apskaičiuoti naudojamės Omo dėsnio išraiška, tai \(I=\frac{U}{R}=2\;\text{A}\) Kadangi \(R_1\) ir \(R_6\) rezistoriai yra nešakotoje grandinės dalyje, pro juos teka visa elektros srovė, t.y. \(I_{1}=I_{6}=2\;\text{A}\).
\(R_3\) - \(R_{245}\) dalyje elektros srovė išsiskirsto (srovės stipris kiekvienoje lygiagrečioje grandinės šakoje yra atvirkščiai proporcingas tos šakos varžai). Norint surasti elektros srovės stiprį kiekvienoje iš grandinės šakų, galima sudaryti atitinkamą proporciją. Galimas ir kitas sprendimo būdas - rasti vienos iš lygiagrečios grandinės šakos įtampą \(U_{3}=I\cdot R_{2345}=24\;\text{V}\). Tada, pagal Omo dėsnį \(I_{3}=\frac{U_{3}}{R_{3}}=1{,}2\;\text{A}\); \(I_{2}=I_{4}=I_{5}=\frac{U_{3}}{R_{245}}=0{,}8\;\text{A}\).
Uždavinio sąlygas gali patenkinti tik du rezistorių sujungimo atvejai, parodyti a ir b paveikslėlyje.
Pirmuoju atveju (pav. a), sujungus bet kuriuos du gnybtus, du atitinkami rezistoriai bus sujungti nuosekliai, todėl \(R_{\text{AB}}=r_{1}+r_{2}\) , \(R_{\text{BC}}=r_{2}+r_{3}\) , \(R_{\text{AC}}=r_{1}+r_{3}\) . Iš čia:
\(r_{1}=\frac{R_{\text{AB}}+R_{\text{AC}}-R_{\text{BC}}}{2}=3\;\Omega\)
\(r_{2}=\frac{R_{\text{AB}}+R_{\text{BC}}-R_{\text{AC}}}{2}=2\;\Omega\)
\(r_{3}=\frac{R_{\text{BC}}+R_{\text{AC}}-R_{\text{AB}}}{2}=6\;\Omega\)
Antruoju atveju (pav. b), sujungus bet kuriuos du gnybtus, vienas rezistorius bus sujungtas lygiagrečiai su kitais dviem atitinkamais rezistoriais, kurie tarpusavyje yra sujungti nuosekliai.
Strypo varžą galima rasti pagal formulę:
\(R=\rho\frac{l}{S}\) , kur \(\rho\) - savitoji geležies varža, \(l\) - strypo ilgis, \(S\) jo skerspjūvio plotas.
Visų pirma išnagrinėkime schemą, parodytą paveikslėlyje a. matome, kad šioje schemoje ampermetras yra prijungtas nuosekliai su rezistoriumi. Taip sujungtas ampermetras rodo teisingus parodymus, jis išmatuoja elektros srovės stiprį \(I_{\text{A}} = I_{x}\), tekančią per rezistorių. Tačiau, voltmetras nėra prijungtas paraleliai rezistoriui ir todėl jo parodymai „meluoja“: jis matuoja ne rezistoriaus įtampą, o bendrą rezistoriaus (\(U_x\)) ir ampermetro (\(U_{\text{A}}\)) įtampą. Iš to seka, kad:
\(\frac{U}{I}=\frac{U_{\text{A}}+U_{x}}{I}=\frac{U_{\text{A}}}{I_{\text{A}}}+\frac{U_{x}}{I_{x}}=R_{\text{A}}+R_{x}\) ,
Taigi \(\frac{U}{I}\) santykis yra lygus rezistoriaus ir ampermetro varžų sumai. Tokiu atveju, matuojant pagal šią schemą bus daromos mažos paklaidos, jeigu \(R_{\text{A}}\ll R_{x}\) (šiuo atveju, voltmetro varža neegzistuoja).
Elektros srovė ir grandinių paaiškinimas, Omo dėsnis, krūvis, galia, fizikos uždaviniai, pagrindiniai elektros dėsniai
Galima pradėti nuo voltmetro varžos išmatavimo (žr. pav. a):
\[ R_{\text{V}}=\frac{U_{1}}{I_{2}} \]
Tada, Rx varžos radimui galima naudotis pav. Iš viso galima gauti 15 skirtingų R reikšmių:
\(R=\frac{R_{0}}{4}=1{,}5\;\Omega\) ; \(R=\frac{R_{0}}{3}=2\;\Omega\) ; \(R=\frac{2R_{0}}{5}=2{,}4\;\Omega\) ; \(R=\frac{R_{0}}{2}=3\;\Omega\) ; \(R=\frac{3R_{0}}{5}=3{,}6\;\Omega\) ; \(R=\frac{2R_{0}}{3}=4\;\Omega\) ; \(R=\frac{3R_{0}}{4}=4{,}5\;\Omega\) ; \(R=R_{0}=6\;\Omega\) ; \(R=\frac{4R_{0}}{3}=8\;\Omega\) ; \(R=\frac{3R_{0}}{2}=9\;\Omega\) ; \(R=\frac{5R_{0}}{3}=10\;\Omega\) ; \(R=2R_{0}=12\;\Omega\) ; \(R=\frac{5R_{0}}{2}=15\;\Omega\) ; \(R=3R_{0}=18\;\Omega\) ; \(R=4R_{0}=24\;\Omega\)
Varžas \(R_0\), \(2R_0\), \(\frac{R_{0}}{2}\) , \(3R_0\), \(\frac{R_{0}}{3}\) , \(\frac{2R_{0}}{3}\) , \(\frac{3R_{0}}{2}\) galima gauti naudojant vieną, du ar tris rezistorius, šių schemų mes nepateikėme.